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磁性纳米颗粒由于其尺寸小,表面易于修饰,对电磁场感应等特点在生物医学方面有很多的应用,如磁分选、药物传输、热疗、磁共振成像增强等。因此,磁性纳米材料与细胞的相互作用已经引起人们的广泛关注,在已有的研究中纳米颗粒都是以胶体溶液的形式与细胞发生作用。而在磁性纳米颗粒的应用中常常涉及到外加电磁场的引入,纳米颗粒在电磁场作用下的自组装现象已经被多篇文献报道。磁性纳米颗粒在电磁场下能够形成多种形貌,如团簇体、条纹等。
表面是生物材料与器件首先和细胞接触的部位,表面的物理、化学特性直接影响到材料和细胞的相互作用。通过表面图案化技术,人们已经可以实现对细胞的黏附、增殖、形态、迁移运动、基因表达、分化方向的控制。磁性纳米颗粒在电磁场下形成的组装体可能会对细胞行为产生影响,这对于磁性纳米颗粒聚集体与细胞的相互作用研究是一个新视角,同时也有助于对在电磁场存在下细胞与纳米颗粒相互作用的更好理解。
本文制备了不同形貌的磁性纳米颗粒聚集体,并研究了其对成骨类细胞的影响,具体内容如下:
1、用静磁场辅助溶剂蒸发制备了不同尺寸的条纹、正交网格磁性纳米材料聚集体,其中二维的正交网格磁性纳米颗粒聚集体在文献中未见报道。本方法操作简单,反应条件温和,不会影响生物分子活性,可能成为配体、蛋白等生物小分子图案化的新方法。
2、MTT结果表明条纹、正交网格磁性纳米颗粒聚集体对MC3T3-E1细胞活性均无明显影响。细胞形态观察发现,细胞选择性黏附在条纹纳米颗粒聚集体表面,在宽度为30.20,1.75,0.73μm的条纹磁性纳米颗粒聚集体表面细胞选择性黏附的比率分别为87%、94%和83%。在宽度为1.75μm条纹聚集体表面细胞显著延长,沿聚集体取向性排列,细胞在宽度为30.20μm的条纹聚集体表面取向性不及前者显著。细胞在正交网格聚集体表面随机分布,细胞铺展受到正交网格限制,面积减小。细胞骨架在条纹聚集体表面整齐、取向性排布,在正交网格聚集体表面细胞骨架集中在细胞质边缘,相互交错。普鲁士蓝染色结果表明,条纹越粗,结构越稳定,细胞对纳米颗粒的吞噬越不明显。
3、结合静磁场,研究了不同强度、作用时间的静磁场结合条纹磁性纳米颗粒聚集体对MC3T3-E1细胞的胞内钙离子浓度、细胞周期、碱性磷酸酶活性的影响。静磁场和条纹磁性纳米颗粒聚集体对MC3T3-E1细胞的胞内钙离子浓度的影响表现出对磁场强度和作用时间的依赖性。静磁场强度为60mT,120mT,作用时间10min,30min结合和磁性纳米颗粒聚集体未发现对MC3T3-E1细胞周期的明显影响。静磁场和条纹磁性纳米颗粒聚集体都能提高MC3T3-E1细胞碱性磷酸酶活性,促进其向成骨方向分化,二者有协同促进作用,二者结合的促进效率达诱导液的75.1%。
4、原代取材并通过碱性磷酸酶染色、钙结节染色的方法鉴定了SD大鼠成骨细胞。荧光染色、扫描电子显微镜观察、考马斯亮蓝染色显示成骨细胞在条纹聚集体表面贴壁良好,伸展出大量伪足与材料连接,有受到条纹磁性纳米聚集体的导向生长的趋势。